任浩然， 王東明

（1.海軍青島航保廠，山東 青島 266001；2.山東省科學(xué)院海洋儀器儀表研究所，山東 青島 266001）

引言

在海濱觀測(cè)規(guī)范中，氣象觀測(cè)項(xiàng)目主要有風(fēng)、氣壓、空氣溫度、相對(duì)濕度、海面有效能見度、降水量、霧等氣象要素。船舶海洋水文氣象觀測(cè)項(xiàng)目包括氣壓、氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)、云、天氣現(xiàn)象、海面有效能見度等氣象要素。因此，氣溫和相對(duì)濕度是氣象觀測(cè)要素中的主要要素。

目前，國(guó)內(nèi)的溫度傳感器和相對(duì)濕度傳感器是相互獨(dú)立的，溫度傳感器是一個(gè)鉑電阻，用戶使用時(shí)需設(shè)計(jì)溫度調(diào)理電路，接口電路復(fù)雜，使用不便；相對(duì)濕度傳感器還是傳統(tǒng)的濕敏電容，這種器件不適用于海洋氣候環(huán)境，可靠性不高，易損壞。國(guó)外溫濕度傳感器的輸出信號(hào)單一，無法滿足用戶對(duì)不同接口的需求［1］。

為解決現(xiàn)有溫濕度傳感器存在的問題及缺陷，本文提出一種海洋氣象要素溫濕度傳感器，以適應(yīng)復(fù)雜惡劣的海洋環(huán)境以及用戶對(duì)不同接口的需求。

1 技術(shù)方案

這種海洋氣象要素溫濕度傳感器特征在于盒體及內(nèi)部的硬件電路。硬件電路進(jìn)行了溫度補(bǔ)償設(shè)計(jì)，包括依次連接的敏感器件、信號(hào)放大電路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出信號(hào)選擇電路。敏感器件根據(jù)溫度和相對(duì)濕度的變化輸出變化的電壓信號(hào)，一路信號(hào)通過信號(hào)放大電路將電壓信號(hào)放大輸出，然后通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路將變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；另一路信號(hào)再通過串行通信電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；最后通過輸出信號(hào)選擇電路按要求選擇輸出信號(hào)形式。

傳感器工作原理框圖如圖1所示，硬件電路均經(jīng)過溫度補(bǔ)償處理，包括敏感器件、信號(hào)放大電路、電壓轉(zhuǎn)換電流電路、串行通信電路、輸出信號(hào)選擇電路［2］。敏感器件根據(jù)溫度和相對(duì)濕度的變化輸出變換的電壓信號(hào)，一路信號(hào)通過信號(hào)放大電路將電壓信號(hào)放大輸出，然后通過電壓轉(zhuǎn)換電流電路將變化的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；另一路信號(hào)再通過串行通信電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；最后通過輸出信號(hào)選擇電路按要求選擇輸出的信號(hào)形式。

圖1 傳感器工作原理圖

2 結(jié)論

選擇2個(gè)研制的溫濕度傳感器（分別編號(hào)為1號(hào)、2號(hào)）進(jìn)行測(cè)試，溫度準(zhǔn)確性測(cè)試結(jié)果見下頁(yè)表1，相對(duì)濕度準(zhǔn)確性測(cè)試結(jié)果見表2。

表1 溫濕度傳感器溫度準(zhǔn)確性測(cè)試結(jié)果

表2 溫濕度傳感器相對(duì)濕度準(zhǔn)確性測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果表明，本實(shí)用新型溫濕度傳感器的溫度測(cè)量最大誤差為0.1℃，相對(duì)濕度測(cè)量最大誤差為1.3%RH，遠(yuǎn)優(yōu)于氣象規(guī)范的要求，并且溫度和相對(duì)濕度測(cè)量線性度好［3］。這一實(shí)用新型溫濕度傳感器配備有專用百葉箱，并進(jìn)行了陸地和海試，完全可以滿足港口、岸站、艦船等海洋環(huán)境的氣象觀測(cè)要求。

［1］ 陳如冰，吳向東.溫濕度計(jì)校準(zhǔn)結(jié)果的不確定度分析［D］.南京：2008年江蘇省計(jì)量測(cè)試學(xué)術(shù)論文集，2008：134-137.

［2］ 姬延軍.某船航行狀態(tài)螺旋式測(cè)風(fēng)傳感器風(fēng)向誤差分析［J］.機(jī)械管理開發(fā)，2015，30（2）：28-30.

［3］ 李志乾.超聲波式與螺旋槳式測(cè)風(fēng)傳感器數(shù)據(jù)對(duì)比分析［J］.科技發(fā)展生產(chǎn)力，2015，63（3）：27-31.